蜘蛛,8隻眼睛8條腿。
腿又多又長的蜘蛛跑起來飛快,跑得最快的家隅蛛(普通常見的居家蜘蛛,Tegenaria domestica)奔跑記錄是0.53米/秒,等于每秒能跑33倍身長。對于指甲殼大的蜘蛛來說,這個速度有多快?換算成你的身高就知道了,你的身高1.8米,奔跑速度應該是59.4米/秒。如果以家隅蛛的速度奔跑,你跑完百米隻需要1.68秒時間。
讓人難以想象的速度,别說人類了,就連哺乳動物中奔跑最快的獵豹都趕不上蜘蛛。除了奔跑外,蜘蛛還能跳躍。族群裡有很大的一個門派叫做跳蛛,它們的彈跳力驚人。身長不到1厘米的跳蛛,在水平方向上,能跳過25倍身長,如果你有它的力量,平地上起跳你能跳45米遠。
能跑能跳,有毒液會吐絲的跳蛛,看上去具備了全能技藝。可門派中有一支叫做Myrmarachne formicaria的跳蛛,卻不願意做蜘蛛,隻想做隻小螞蟻,除了長相盡量向螞蟻靠攏以外,行動上還會模仿螞蟻用6條腿走路。
上圖是M.F.跳蛛,是不是很像螞蟻?我們先來看跳蛛怎樣學習螞蟻走路,再講它為什麼要模仿螞蟻。
學螞蟻走路的跳蛛蜘蛛比你跑得快,跳得遠的一個重要原因是:它長得跟你不一樣,它的腿不是由肌肉驅動,而是靠液壓驅動。
你身體内有3種肌肉,心髒肌、内髒肌和骨骼肌。附着在骨骼上的肌肉分為屈肌和伸肌,兩種肌肉以對抗的方式拉拽着骨骼運動,屈肌收縮,關節會彎曲,伸肌使勁,關節則伸直。
你的身體由骨骼支撐,而蜘蛛的身體裡沒有骨骼,它的骨骼長在外面,長成一個硬殼。蜘蛛的外骨骼的材料不是碳酸鈣或磷酸鈣,而是幾丁質,跟你的指甲和頭發的材料差不多。
蜘蛛屬于節肢動物,節肢的意思是有關節的腿。你的腿上有兩個關節,膝蓋和腳踝,而蜘蛛腿上有7個關節。多關節的蜘蛛腿,隻有屈肌沒有伸肌。兩個原因,一是腿上沒有足夠的空間容納肌肉,如果蜘蛛有條大粗腿的話,肌肉會讓它變得又笨又重。另一個原因是,蜘蛛是變溫動物,沒有足夠的能量來保持腿部肌肉的溫暖。
多關節小細腿的蜘蛛,長着一個圓滾滾的身體。身體分兩部分,頭和胸融合在一起的頭胸部,還有一個大肚子的腹部。注意細節:蜘蛛的8條腿都跟頭胸部連接在一起,靠頭胸部存儲的液體驅動腿部運動。
蜘蛛腿部肌肉很少,但是腿殼内裝滿了液體,這種液體很像血液,叫做血淋巴。在它活動時,血淋巴的流動壓力讓腿伸展,屈肌收縮讓腿合攏。它控制自己的心率來調節液體壓力,心跳越快,壓力越高。在蜘蛛死後,血淋巴停止流動,腿部失去液體壓力,8條腿沒法伸展,隻能蜷縮在一起。
靠液壓驅動的8條腿,走路時怎樣配合,先出哪條腿呢?
看上圖,蜘蛛8條腿,分成1、2、3、4對,邁步順序依次是:左1,右2,左3,右4和右1,左2,右3,左4,間隔的1、3對腿擡高,另外2、4對腿落地支撐身體。
蜘蛛一對腿的配合行走,跟螞蟻的走路方式有點兒不同。螞蟻6條腿,單側身體隻有3條腿,不能像蜘蛛一樣平均擡落,它采用的是三角步态。左邊擡1條腿,右邊擡交錯的2條腿,3條腿擡高,另外3條腿支撐身體,交錯邁步前進。
上圖是螞蟻的三角邁步,6條腿的昆蟲大多數都按照這樣的行走方式邁步。
現在請你看下圖,瓶子裡捉果蠅的黑蟲子,走路時用的是4對腿邁步方式,還是3對腿的三角邁步方式?
分辨不出來嗎,好,那看下面這張電腦動圖,圖中的蟲子是蜘蛛還是螞蟻,用哪種方式邁步?
還是看不出來對不?答案:圖中的黑蟲子是跳蛛,它在模仿螞蟻走路。
看到跳蛛走路的樣子,大家都認為它擡起了一對前腿,學習螞蟻用後面6條腿邁步。不過,有時你眼睛看到的不一定是真相。康奈爾大學團隊,用高速攝像機拍下了跳蛛走路的視頻,放慢視頻速度,看清楚了跳蛛走路的真相。真相跟大家認為的不一樣,事實是跳蛛依然用8條腿走路。
有8條腿的跳蛛,不知道用6條腿怎麼走路。但是它有一個花招,在走路的時候會周期性地停下來,舉起前面的2條腿,僞裝成螞蟻的觸角。跳蛛舉高前腿的時間為100毫秒,這段停頓的時間延時剛剛好,正好造成了視覺上的錯覺,讓我們看起來,它就像螞蟻一樣用6條腿走路。
上圖是3種動物的步态,左邊是普通跳蛛,中間是模仿螞蟻的跳蛛,右邊是螞蟻。模仿螞蟻的跳蛛跟普通跳蛛的步态差不多,4對腿交替走路,其中明顯不同之處是:在靜止時,普通跳蛛的前腿不會動,而模仿螞蟻的跳蛛前腿會擡起并交叉晃動,模仿螞蟻觸角的運動。
上圖是3種動物的足迹。A圖是普通跳蛛走過的路,B圖是模仿跳蛛的足迹。普通跳蛛的足迹沒有規律,模仿跳蛛的足迹非常規矩,走出了正弦波(波長為10倍身長,振幅為5倍身長)。C圖是螞蟻在沒有追蹤信息素時的足迹,沒有規律。D圖是螞蟻在追蹤信息素的情況下留下的足迹,有規則的正弦波(波長為10倍身長,振幅為2~5倍身長)。
螞蟻在追蹤其他夥伴留下的信息素時,會走出規則的正弦波。模仿螞蟻走路的跳蛛,雖然不會像螞蟻一樣用6條腿走路,但它學會了螞蟻走路的精華,走出正弦波足迹。這是模仿跳蛛跟普通跳蛛行走時最大的區别,普通跳蛛不會這一招。[頭條-法蘭西is培根-未經授權請勿轉載其他平台]
跳蛛為什麼要模仿螞蟻
跳蛛模仿螞蟻的原因很簡單:它要騙過天敵,讓捕食者認為它是螞蟻,不是蜘蛛。雖然跳蛛跑得快跳得遠,裝備了毒液武器,但是它的天敵還有很多。大個頭的蜘蛛、黃蜂、蟾蜍、蜥蜴、鳥類都會捕食跳蛛,而這些捕食者并不喜歡捉螞蟻吃。
跳蛛僞裝成螞蟻,長成螞蟻的模樣,走路也跟螞蟻一樣,騙過捕食者的眼睛,它就能逃過一劫。
跳蛛的僞裝成績怎麼樣?看上圖,左邊綠柱子是普通跳蛛被捕食的概率,中間藍柱子是模仿跳蛛的被捕概率,右邊紅柱子是螞蟻的被捕概率。模仿螞蟻的跳蛛被捕食的概率遠遠小于普通跳蛛的被捕概率,它成功地騙過了捕食者。
自然界中,一種生物模仿另一種生物的現象很常見,叫做拟态。比如一種蘭花會把花朵長成雌蜂的模樣,吸引雄蜂過來交尾,從而傳播花粉。一般生物的拟态都是靜态上的外貌形狀顔色的相似,而跳蛛更進一步,能學會螞蟻的走路步态和軌迹,做到動态上的行為舉止相似。
當捕食者盯上模仿跳蛛時,跳蛛舉起前腿,擺個姿勢給捕食者看:“别吃我,我是螞蟻,不信我走兩步給你看。”結果往往能化險為夷。
學習學習,學會了精華才真正有收獲。學習螞蟻走路的跳蛛,雖然沒有跟螞蟻走得一模一樣,但是它學會了螞蟻步态中的精華,成功達到了自己的目的。
跑得快跳得遠的跳蛛,僞裝成弱小螞蟻,诠釋了低調也是一種王道。
#科學有意思#
參考資料:
1: “Walking like an ant: a quantitative and experimental approach to understanding locomotor mimicry in the jumping spider Myrmarachne formicaria”,by Paul S. Shamble, et al.,Proceedings of the royal society, 2017
2:“10 Fascinating Facts About Spiders”,by Debbie Hadley
2:“How Do Spiders Move?”,by Chris Roh
3:“How Spiders Work”,by Tom Harris, Animals how stuff works
附:今天更新自然界裡的秘密系列文章,這是第19篇:學螞蟻走路的蜘蛛。
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